アイスクリームはお好きですか?
想像してみてください。暑い夏の日、忙しい町の広場でおいしいアイスクリームを食べて涼んでいるあなたの周りには、好天を楽しんでいるビジネスマン、学生、家族連れといった人々がいます。その間もネットワークは、全員のデバイスに最適なセルを見つけて可能な限り最高の体験を提供するためにたゆまぬ努力をしています。今回のブログでは、サービスプロバイダーが最大40%増しのネットワーク容量を達成し、町の広場にいるすべてのユーザーそれぞれが期待する性能を提供するために、5Gの高度なトラフィックステアリング技術がどのように役立つかをご紹介します。
私たちの多くにとってポケットの中のモバイルデバイスは現代の驚異ですが、電話に出たり、ポッドキャストをプレイしたり、行先を調べたりするためにデバイスを開いたときにちゃんと機能しさえすれば、それが実際にいつ何をしているのか考えることはめったにありません。私たちはあまり気にしていないのです。
しかしすべての接続を失うフライトモードに切り替えると、デバイスは突然その驚異的な力を失います。私たちを取り巻くネットワークから切断されたデバイスの価値はゼロに急落します。
接続性は不可欠であり、ポケットや財布や手の中にあるデバイスは、私たちの希望どおりに機能するよう、昼夜を問わずさまざまなセルやネットワークへの接続と切断をシームレスに繰り返しています。
しかし接続を求めているのは私たちだけではありません。
トラフィックの管理
大都市でラッシュアワーが始まろうとする時間帯に運転していることを想像してみてください。私たちの多くが頻繁に経験する非常にストレスフルな状況です。隣の車線が動き始めたのでウィンカーを出してそっちの車線に移ったとたんに動きが止まり、さっきまでの車線が流れ始めることほどイライラするものはありません。
ここで、あなたのジレンマを見ている交通管制当局が、すべての車線がはるかに円滑に流れるよう保証できると想像してみましょう。当局がすべての交通を監視することで、迂回させたり、新しい車線を開いて渋滞を解消できます。これを読んでいるあなたは安堵のため息をつき、にっこりしているかもしれませんね。
接続がなかったり貧弱だったりするときほど、その存在を強く意識することはありません。ネットワークに加わるデバイスが日々増えていることから、増え続けるトラフィックの管理はまもなくCSP（Communications Service Providers：通信事業者）にとって高速道路と同様の課題になる可能性があります。
CSPによるさまざまなトラフィック量のピークと底値の積極的な管理を支援するトラフィックステアリングは、何かが起こるまでじっと座っていなくてはならないというイライラを体験しなくて済むようにします。今回のブログでは、5Gのトラフィックステアリングとは何か、なぜそれが重要なのか、エリクソンの革新的なMulti-Layer Coordinationソフトウェアがどのように機能して、トラフィックの状況にかかわらずすべての人々に期待する体験を提供できるのかを説明します。
5Gトラフィックステアリング – ニューヨーク時間で
5Gネットワークは、容量とカバレッジの点で異なる特性を持つ複数の周波数帯域（ローバンド、ミッドバンド、ハイバンド）を提供し、それらに接続する増え続けるUE（User Equipment）に対応できなくてはなりません。5Gネットワークに接続するデバイスの大部分は依然として携帯電話などの個人用デバイスですが、ビジネスおよび産業用アプリによる5Gネットワークの利用も増えています。
これらのユーザーとデバイスにはそれぞれ異なるニーズがあり、またニーズは常に変化しています。ニューヨークのセントラルパークで早朝に犬を散歩させているユーザーは、電話をかけるために特定の種類のサービスを必要とします。30分後にラッシュアワーが始まると、同じユーザーがスマートフォンの地図機能を使ってその日最初の会議に行く最良の方法を探し、ルートを決めたらタクシーの後部座席で目的地に到着するまで動画を見たいと思うかもしれません。
ニューヨークの交通量は人々の優先順位に従って一日の間で急速に変化し、夕方になると車列はブロードウェイのショーやレストランに並ぶタクシーや人々からの光に置き換わります。その日最後の犬の散歩はワシントンスクエアパーク近くの有名なアイスクリーム屋で終わり、翌日また同じことが繰り返されます。
マンハッタンで活動している人、企業、サービスの数を考えてみましょう。営業時間中や夜間に人々がある場所や業務から別の場所に移る際の交通の急速な変化を考えれば、ネットワークの周波数資産を効果的に利用する上で直面する課題の規模と複雑性をすぐに理解できるはずです。
基本的にネットワークはトラフィックの増減や流れに迅速かつシームレスに対応し、特定の瞬間に全容量を使っていないユーザーやデバイスのリソースを再割り当てする準備ができていなくてはなりません。
エリクソンのNR（New Radio）Multi-Layer Coordinationソリューションにより、CSPは周波数資産の全範囲を最大限に活用して、ユーザーが期待する体験を提供できます。これはネットワーク展開、セル構成、UEの能力、セル負荷を考慮して、使われるサービスのためにネットワークを最適化することによって達成されます。
端的に言えば、5Gネットワークはトラフィックステアリングによってすべての周波数資産を最も効率的に利用します。では具体的にはどのようにするのでしょう。
トラフィックステアリングは私たちが期待するすべての経験を提供します。
記憶をリフレッシュする - トラフィックステアリングの基本
技術的内容を深堀りする前に基本的なことから始めましょう。トラフィックステアリングとは、特定の目標を達成するために、同じ地理的領域内のデバイスを異なる周波数レイヤー間で移動させることに他なりません。通常その目標は、ユーザーのスループットを最大化することです。ただし特定のキャリアで利用できる特定のサービスニーズなどの別の目標になる可能性もあります。
一方でモビリティとは、デバイスの接続を維持し、通話の切断を回避し、カバレッジを確保することを指します。これは異なる地理的領域間を移動して犬を散歩させながら電話をかけることに該当します。トラフィックステアリングは上位で機能し、犬の散歩体験を最適化します。
なおトラフィックステアリングは3GPP（Third Generation Partnership Project）でどう機能すべきか定められていないベンダー固有のソリューションなので、ベンダーには創造性の発揮が期待されています。トラフィックステアリングは4Gでも使われていますが、5Gでは何か新しいのでしょうか。もっと複雑なものなのでしょうか。
答ははっきりとイエスです。では5Gネットワークで生じる複雑さの主な要因を探ってみましょう。
5Gトラフィックステアリングの複雑さの要因
容量、カバレッジ、構成が異なる多様なセルと、さまざまな機能やサービスを備えた多様なデバイスが相まって、5Gネットワークにおけるネットワーク性能と周波数使用率、その両方の最適化に複数の複雑性をもたらしています。
最初の問題は周波数帯の多様性です。5Gはさまざまな周波数の範囲で動作するように設計されており、周波数帯の数が増えるにつれて、UEを最適なセルに配置することの重要性も高まります。つまりCSPは、各UEに最も適切なセルを選択する際、複数のセルまたはセルのセットを考慮しなければなりません。
二番目の問題は、すべてのUEとサービスが等しく生成されているわけではない点です。期待どおりに機能するために巨大な容量とスループットを要するUEやサービスもあれば、低遅延性や低エネルギー消費が必須のサービスもあり、さまざまなレベルの機能サポートが必要です。
今日のほとんどのデバイスはWeb閲覧と通話のためのスマートフォンですが、5GではFWA（Fixed Wireless Access）も拡大しています。これら2種類のデバイスにはすでにそれぞれ異なる機能とサービスがあり、拡張現実や仮想現実など、より多くのバリエーションが期待されています。デバイスごとに、デバイスができることとサービスが必要とすることを、ネットワークが提供できることと一致させなくてはなりません。ここではスライシングなどの別の機能も重要です。
次に考慮すべき点は、UEのトラフィックとシグナリングを伝送するPCell（Primary Cell）を設定し、容量やカバレッジを増やしてDL（Downlink）またはUL（Uplink）のスループットを増加させるために使われる一つもしくは複数のSCell（Secondary Cells）の追加を実現するCA（Carrier Aggregation）です。
CAを使ったUEの合計スループットは、個々のセルではなくPCellとSCellの組み合わせによって実現されますが、集約されるPCellとSCellの組み合わせは膨大な数に達する可能性があります。つまりUEの能力と要件に応じた大きなバリエーションが生じることで、各ネットワーク展開に最適なUE構成を見つけることがはるかに複雑になるかも知れないのです。
考慮しなければならない最後の要素は負荷分散です。すべてのデバイスが同じPCellとSCellのセットを取得した場合、それらのセルはすぐに満杯まで負荷がかけられます。ネットワークが、デバイスが集約できるよりも多くのセルを追加し始めると、トラフィックステアリングは個々のセルの負荷を考慮し、使用可能なセルにデバイスを分散する必要があります。トラフィックステアリングは、各デバイスのスループットを向上させながら、各セルの使用率を高めます。
要するに「万能」のソリューションはありません。必要なのは、柔軟性があり、アジャイルで、非常に急速に変化する可能性のあるニーズに対応できるトラフィックステアリングです。
エリクソンのトラフィックステアリングの仕組み
では詳細を見てみましょう。トラフィックステアリングは実際にどのように見えるもので、それを実現するために何が行われているのでしょうか。
エリクソンは上記の5Gネットワークの複雑さを考慮し、今日の5Gネットワークにスペクトル最適化の利点を提供する高度なトラフィックステアリング機能を含むソリューション、5G SA（Standalone）NR Multi-Layer Coordinationを開発しました。入力パラメーターと最適化目的を考慮した高度な選択アルゴリズムに基づいて構築されたこのソリューションは、将来のさまざまなサービス要件と性能の期待に適応して進化し、可能な限り最高のUE構成を提供します。このプロセスは、次の三つのステップに分けることができます。
初期入力パラメーター: プロセスには、UE Capability、UE Group、Network Topology、Loadの四つの初期入力パラメーターがあります。5番目のパラメーターとしてカバレッジ情報も考慮可能で、これはカバレッジに含まれていないセルを除いて可能なセルセットを減らすために使えます。
UE groupに関しては、CSPが異なるグループを定義し、ユーザーがFWA（容量最大化）やVoNR（カバレッジ最適化で呼切断リスク削減）に使える周波数の指定などによって異なるトラフィックステアリング動作を適用し、各グループの結果を観測するためにエリクソンのフレームワークが有用です。
エリクソンのソリューションの最初の試行ではこれらのパラメーターを意識し、特定のセル位置に入る新しいデバイスのDLスループットを最大化するように最適化します。将来的にはこのフレームワークにより、エンドユーザーの体験を犠牲にすることなく、最大ULスループット、遅延感度、スライス等の各種サービス要件やエネルギー効率などの最適化目標を調整できるようにすることを想定しています。
最適化の目的: 選択アルゴリズムは、最適化の目的を最大化するセルセット（PCellと一つまたは複数のSCell）を選択します。このタスクでは基地局がセルを選択する多数のユーザーを、しばしば同時に処理する必要があるので、非常に迅速に実行できなくてはなりません。
選択できる周波数とセルが多いため、評価を要する可能な組み合わせの数はすぐに増加します。エリクソンのアルゴリズムは最初からこの複雑さを考慮しており、速度と精度をバランスさせて最良の結果を提供します。
またエリクソンのソリューションではセルセット全体（PCellとSCell）を考慮します。セルセット全体を考慮しなければUEは優れたPCellと思われるものに誘導される可能性がありますが、選択できるSCellはわずかで、デバイスの総スループットは低くなるセルかもしれません。
結果的なアクション:提供された最適なセルセットは評価され、最適なセルセットが現在のセルセットよりも大幅に優れている場合にのみ構成されます。これにより不要な中断が回避され、PCellから別のPCellへのHO（Handover）かSCellが再選択されます。
またUEが新しいセルセットに誘導されると、アイドルまたは非アクティブモードになった際のセル再選択優先順位を使い、次のセッションまでその位置に保持されます。
Advanced Multi-Layer Coordinationの実際
次の仮定の下で、Advanced Multi-Layer Coordinationが特定の「単純な」シナリオでUE負荷を均等に分散するためにどのように機能するかを見てみましょう。
- 1cc（cell carrier）TDD（Time Division Duplex）100 MHz、3cc FDD（Frequency Division Duplex）15 MHz、20 MHz、10 MHzのカバレッジエリアが異なる4 ccネットワーク構成
- すべてのUEは3ccキャリアアグリゲーション可能でTDDのPcellをサポート
- 単純化のために全てのUEは静止しているとし移動は考慮しない
次の動画では、UEがさまざまなカバレッジエリアでネットワークに侵入すると、Advanced Multi-Layer Coordinationが帯域使用率を最適化し、他のセルが過負荷になっている間に特定のセルが空にならないよう、すべてのセルキャリアに負荷を均等に分散する方法を示しています。
CSPにとっての五つの大きなメリット
トラフィックステアリングは、ユーザーが希求する体験を迅速かつシームレスに提供します。顧客満足度の価値は誰でもわかりますが、それ以外にもCSPにとっての利点があるのでしょうか。
最も明白な利点は、ユーザースループットの中央値が高まる可能性があることです。次の図に示すように、エリクソンのNR Advanced Multi-Layer Coordinationはネットワークの負荷が高い場合に最大の利得を提供し、容量を10〜40%増やします。
この容量の増加は、エリクソンのラボにおける確かなデータシミュレーションに基づいています。容量の観点からは、負荷、UE機能、ネットワーク構成にもよりますが、最も性能の低い5%のデバイスにとっては、10〜40%の改善であると自信を持って言えます。
利得がネットワーク構成、UEの能力（たとえばCAでサポートされるccの数）、トラフィック需要によって異なる点は重要であり、注意を要します。負荷が高い場合は、下位5%の性能を改善し、それらのデバイスの容量を増やしてスループットを高めることで、ユーザー体験を向上させることができます。負荷が低い場合は、セル負荷ではなくUEの機能で分散するほうがいいでしょう。
簡単に言ってしまえば、Advanced Multi-Layer Coordinationはネットワーク容量を増やすのに役立つため、より多くのユーザーに安定したユーザー性能を提供できます。あるいはネットワークに大きな負荷がかかっている場合の影響は大きくなりますが、特定の容量負荷でユーザー性能を高めることができます。
これらとは別に、5Gネットワークの現在と将来両方のニーズに応える五つの大きなメリットがあります。
- 周波数帯投資収益率の最大化 – CSPは、高負荷時の周波数使用率を最適化してスペクトルをすべてのセルに分散し、過負荷のセルが存在するときに空いたセルが生じないようにすることで、周波数リソースを最大限に活用できます。
- UE ピークDLスループットの増加 - CSPはUEを最も集約できる場所に誘導することで、達成可能なスループットを向上させることができます。
- ネットワークスライシングと組み合わせた5Gサービス差別化によるARPU（Average Revenue Per User）向上 - UEに可能な限り最高の性能を提供することで、CSPは5Gプレミアム価格と、FWAやクラウドゲーム向けの速度ベースの料金プランなどのカスタマイズされたユーザー体験、その両方の提供をサポートします。
- 省エネのサポート – CSPは現在、持続可能性目標を達成し高騰するエネルギー価格の影響を回避するために、ネットワークのエネルギー消費を根本的に制限するという課題に直面しています。Multi-Layer Coordinationは利用可能なスペクトルに適応し、スリープ状態にないキャリア全体にUEを分散させます。
- 将来を見据えた5G SAネットワーク –CSPは将来、ULスループット、低遅延性、サービス、スライスの最適化や、先進的なエネルギー効率をサポート可能なネットワークを持つことになります。
トラフィックステアリングの明るい未来 – 柔軟性・強力・将来性
エリクソンの汎用的かつ柔軟なMulti-Layer Coordinationフレームワークは本物のスターであり、5G SAマルチレイヤーネットワークにおけるトラフィックステアリングの旅を始める最初の一歩でもあります。このフレームワークは多数のUE機能、キャリア、さまざまなサービス要件、UEのグループ化を利用した複数の目的を伴い動作します。また、膨大な量の入力を一つの最適なセルセットに収束する強力なアルゴリズムを利用して、最高のUE性能を実現します。エリクソンのソリューションは、セルセット全体を考慮し、PCellとSCell両方の構成のセル負荷を考慮することで、性能とスペクトル使用率を向上させます。
すべてのトラフィックステアリング機能をUEグループ化機能に結び付け、さまざまなユーザーやサービス（FWA、タイムクリティカル通信、Voice over NRなど）向けに差別化された動作を行うことで、周波数リソースを最適に使い、状況にかかわらずユーザーがまさに期待する体験を提供できます。
複数の周波数レイヤーをサポートすることで、汎用フレームワークにより、周波数帯の数にかかわらず各UE機能を評価し、ネットワーク内の任意のセルに誘導できます。
明日の課題に今日対応する
マンハッタンの例や、お気に入りの広場でスマートフォンを日常生活に活用するあなた自身のさまざまなニーズが示すように、サービスプロバイダーは、優れたユーザー体験を一貫して提供しつつ周波数帯への投資の価値を最大化するという大きな課題に直面しています。5G向け周波数帯の増加、さまざまな機能を備えた多種多様なデバイス、複雑なサービス要件がこの課題を一層困難なものにしており、これに対処するには有能なトラフィックステアリングソリューションが必要です。
エリクソンのAdvanced Multi-Layer Coordinationは、最大のスループットに最適化されています。エリクソンはCSPと常に話し合い、そのニーズと期待を理解しようとしています。こうしたやりとりの中から、新しいサービス要件と期待される性能につながるソリューションを開発します。
サービスプロバイダーはエリクソンのAdvanced Multi-Layer Coordinationにより、5Gサービスの差別化を実現し、省エネを支援し、5G SAネットワークの将来性を確保しつつ、周波数帯への投資を最大限に活用できます。
次に夏の日に日当たりの良い広場でお気に入りのアイスクリームを食べるときは、Advanced Multi-Layer Coordinationがあなたや隣の友人や周りにいるすべてのユーザーのデバイスやアプリが可能な限り最高の性能を得られるように舞台裏で行っている仕事に思いを馳せてみてはいかがでしょうか。
もっとくわしく:
Explore the paper: Advanced Traffic Steering in 5G Standalone
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In the end, it is all about people
As always, everything started with an idea – to make our star “Advanced Multi-Layer Coordination” shine.
